暖通空調(diào)設(shè)計中水（地）源熱泵的應(yīng)用分析

【摘要】水（地）源熱泵作為一種節(jié)能環(huán)保的暖通空調(diào)應(yīng)用方式，不僅能夠有效保障人們的生活質(zhì)量，同時還能更好地保護(hù)我國的生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的更好發(fā)展。因此，作為設(shè)計人員，需要充分認(rèn)識到地源熱泵在今后暖通空調(diào)應(yīng)用過程中的巨大前景，加強(qiáng)對地源熱泵的研究與分析，從而使得水（地）源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計中得到更好的應(yīng)用，以促進(jìn)我國暖通空調(diào)市場和整個經(jīng)濟(jì)市場的更好建設(shè)與發(fā)展。本文探討了暖通空調(diào)設(shè)計中水（地）源熱泵的應(yīng)用分析。

【關(guān)鍵詞】暖通空調(diào)設(shè)計;水（地）源熱泵;應(yīng)用

水（地）源熱泵是可再生能源中地?zé)崂玫囊环N方式，具有高效、環(huán)保優(yōu)點(diǎn)，我國地域遼闊，地表淺層能源較多，選擇不同地源熱泵技術(shù)，可提升地?zé)豳Y源利用率，克服傳統(tǒng)空調(diào)技術(shù)缺陷，具有十分重要的實用價值。同時，在城市現(xiàn)代化建設(shè)，環(huán)境污染防治等方面，也具有重要意義。雖然地源熱泵具有一定缺陷，但只要我們合理運(yùn)用地源熱泵，不斷研發(fā)暖通空調(diào)設(shè)計，必定推進(jìn)建筑事業(yè)發(fā)展，更好滿足業(yè)主的心理、物質(zhì)需求。

1、地源熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.1 經(jīng)濟(jì)性

水（地）源熱泵系統(tǒng)雖然也需要消耗電能，但相對傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)而言，供熱和制冷的運(yùn)行費(fèi)用可以有效減少30～45%，除此之外，水（地）源熱泵的能量主要來自地，對電能的依賴小，能耗小，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢十分突出。

1.2 能效性

水（地）源熱泵系統(tǒng)雖然能耗小，但絲毫不影響其制冷和供熱的效果。在實際運(yùn)行過程中，利用大地或水體儲存熱能的特性可以同時滿足冬天和夏天兩個季節(jié)的能量需求，水（地）源熱泵系統(tǒng)中的冷卻系統(tǒng)冷凝溫度比普通空調(diào)更低，制冷效果較傳統(tǒng)的冷卻塔式系統(tǒng)和風(fēng)冷式系統(tǒng)更好，而在供熱過程中，可以將溫度維持在明顯高于常規(guī)狀態(tài)下的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，在寒冷的冬天為我們提供一個更加舒適的環(huán)境。

1.3 清潔性

在實際應(yīng)用過程中，由于地源熱泵系統(tǒng)所需的熱量主要來自于大地或水體中的熱能，不存在燃料燃燒的過程，因而可以有效減少對周邊環(huán)境的污染和影響，除此之外，水（地）源熱泵系統(tǒng)的配置更加簡單，擺脫或減少了傳統(tǒng)空調(diào)冷卻塔裝置和外掛機(jī)設(shè)備等配置對周邊自然環(huán)境產(chǎn)生大量污染的困擾。

1.4 安全性

水（地）源熱泵系統(tǒng)的管理和控制都是通過計算機(jī)進(jìn)行的，在多工況運(yùn)行狀態(tài)下具有更高的可靠性，在一定技術(shù)支持下，甚至可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。水（地）源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行時可以忽略許多環(huán)境因素的影響，與普通空調(diào)系統(tǒng)相比表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性。具有這些優(yōu)勢，保證了人們在更安全的環(huán)境下使用水（地）源熱泵系統(tǒng)。

2、暖通空調(diào)設(shè)計中水（地）源熱泵的應(yīng)用分析

2.1地埋管式熱泵

地埋管式熱泵系統(tǒng)也稱土壤源熱泵系統(tǒng)，指的是將土壤當(dāng)作熱源或是熱匯，把耦合式地?zé)峤粨Q器按照水平方式安放在預(yù)設(shè)的地溝當(dāng)中或者是按照放置U型管的方式把耦合式熱交換器放在豎井當(dāng)中，然后將耦合式熱交換器與建筑內(nèi)部的水環(huán)路保護(hù)連接起來。大地耦合式熱泵和傳統(tǒng)空氣熱泵相比優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)： 第一，在一定深度下對土壤溫度的撥動的影響非常較小，并且還有具有一定的延遲和衰減地表空氣溫度撥動的作用; 保證了系統(tǒng)運(yùn)行的高效性，非常適合做熱泵的熱源和熱匯。第二，節(jié)約時間和成本，大地耦合熱泵只需要把土壤作為熱源和熱匯，省略了搭建冷卻塔和鍋爐的過程，既節(jié)約了時間成本又避免了對環(huán)境的污染。第三，能夠和太陽能集熱裝置結(jié)合，通過在土壤的蓄熱和放熱，實現(xiàn)供熱和制冷效果的最大化。

2.2 地表水熱泵

地表水熱泵與地下水熱泵有著諸多的相似性特點(diǎn)， 但是不同的是， 地表水熱泵主要是由潛在水面以下的塑料管道為主要的構(gòu)成部分， 在地表水熱泵運(yùn)行中形成的地下水熱交換系統(tǒng)能夠代替土壤熱交換系統(tǒng)。在進(jìn)行暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程中，采用地表水熱泵必須要將建筑物與管道進(jìn)行有效的連接，從而才能一定程度上保障地表水熱泵能夠在穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行。除此之外，在地表水熱泵的應(yīng)用過程中，必須要對該區(qū)域內(nèi)的周圍環(huán)境條件進(jìn)行充分的考慮，對相關(guān)的設(shè)備以及管道進(jìn)行必須的防潮以及防凍處理， 降低氣候因素對其的破壞以及影響。

2.3 地下水熱泵

地下水熱泵屬于地源熱泵的重要分支，該類熱泵技術(shù)通過地下深井，依靠熱匯、熱源實現(xiàn)制冷或供熱。由于地下深井水位身處地層，深井水水文甚至恒定不變。所以，熱泵運(yùn)行具有顯著優(yōu)勢。其優(yōu)點(diǎn)可表現(xiàn)在如下方面：其一，布局緊湊的水井系統(tǒng)，占地面積較小，地下水回灌與抽取時，占地面積不會對其造成影響;其二，針對大地埋管式熱泵而言，地下水式熱交換器改善成本較小，針對大型熱泵系統(tǒng)，井水單位容量成本極低，若井的流量較高，即可達(dá)到整個空調(diào)系統(tǒng)需求;其三，同傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)相比比較，使用地下水式熱泵系統(tǒng)，如果設(shè)計合理，因不用維護(hù)，基本不會出現(xiàn)維護(hù)費(fèi)用，地下水回灌至蓄水層之后，不會影響地層的實際含水量。所以，對地理環(huán)境與生態(tài)環(huán)境幾乎沒影響;其四，許多商業(yè)系統(tǒng)選擇地下熱泵系統(tǒng)，多年實踐證明該技術(shù)較為成熟，同時，鉆井技術(shù)可行性較高，系統(tǒng)簡便易行綜合造價低，水井占地面積小，可以滿足大面積建筑物的供暖空調(diào)的要求。

2.4污水源熱泵

污水源熱泵主要是從工業(yè)污水、城市污水中提取低品位熱源熱量，將其轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)能源，直接向住宅用戶提供熱、冷負(fù)荷的熱泵系統(tǒng)。使用污水源熱泵，是利用水質(zhì)穩(wěn)定、溫度變化小的特點(diǎn)，以污水作為熱源進(jìn)行制冷、制熱循環(huán)的一種空調(diào)裝置。它具有如下優(yōu)點(diǎn)：其一，污水源熱泵是利用污水處理廠出水量大， 水質(zhì)穩(wěn)定， 常年溫度在13～25℃等特點(diǎn)，以污水作為熱源進(jìn)行制冷、制熱循環(huán)的一種空調(diào)裝置。由于污水源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定， 其制冷、制熱系數(shù)比傳統(tǒng)的空氣源熱泵高出40% 左右， 其運(yùn)行費(fèi)用僅為普通中央空調(diào)的50%～60%。因此污水源熱泵具有熱量輸出穩(wěn)定、COP 值高、換熱效果好、機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)， 是實現(xiàn)污水資源化的有效途徑。其二，污水源熱泵比燃煤鍋爐環(huán)保， 污染物的排放比空氣源熱泵減少40% 以上，比電供熱減少70% 以上。它節(jié)省能源， 比電鍋爐加熱節(jié)省2/3以上的電能， 比燃煤鍋爐節(jié)省1/2 以上的燃料。同時，它也存在一定缺陷，污垢會常常使流道表面的粗糙程度增加， 引起摩擦系數(shù)和局部阻力系數(shù)的增加， 這必然要引起整個換熱器的流動阻力壓降增大， 故泵消耗的功率增加。所以在污水源熱泵系統(tǒng)中換熱器的設(shè)計、使用中， 如何防垢、抑垢、除垢是非常重要的。

結(jié)語：

綜上所述，在建筑行業(yè)不斷發(fā)展的過程中，暖通空調(diào)設(shè)計也在不斷創(chuàng)新、不斷發(fā)展，在未來，（水）地源熱泵是暖通空調(diào)設(shè)計發(fā)展的必然趨勢之一，這種技術(shù)在暖通空調(diào)設(shè)計中的運(yùn)用不僅可以保證室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度以及舒適程度，為人們提供更高品質(zhì)的居住環(huán)境，同時可以實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，減少對環(huán)境的污染。

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作者簡介：

項偉鋒，寧波市天一建筑設(shè)計有限公司，浙江寧波。